Construcción de bancos de prueba para la medición experimental de los parámetros del modelo dinámico de Drones - UAS (Unmanned Aerial System)

ilustraciones, fotografías a color, gráficas

Autores:: Quitian Niño, Luis Carlos

Tipo de recurso:

Fecha de publicación:: 2022

Institución:: Universidad Nacional de Colombia

Repositorio:: Universidad Nacional de Colombia

Idioma:

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Es por esto que bajo el planteamiento del modelo dinámico de Newton–Euler aplicado a drones de máximo 25 kg se hace necesario determinar los parámetros inerciales para el sistema completo tales como masa, dimensiones, centro de gravedad y momentos de inercia, además de parámetros de fricción para motores brushless tales como fuerza de empuje, torque de arrastre y velocidad angular. En el presente trabajo se realiza el diseño y construcción de bancos de prueba que permiten la medición de los parámetros del modelo dinámico de drones, partiendo de la identificación del parámetro a medir, ideando mecanismos de medición que sean viables desde el punto de vista constructivo, funcional y económico. Se proyectan los diseños con la premisa de que los ensayos o mediciones sean replicables y ofrezcan resultados confiables con la exactitud requerida para las pruebas con los drones y a un bajo costo de mantenimiento. Adicionalmente, para los bancos de medición de parámetros de fricción se implementa un sistema de adquisición de datos bajo un entorno de trabajo diseñado en AppDesigner de MATLAB, el cual permite de manera semiautomática la determinación de la ecuación de relación entre velocidad angular y empuje y la relación entre velocidad angular y torque de arrastre para motores brushless mediante regresión. (Texto tomado de la fuente)An option for the automatic control of mechanical devices is to obtain the parameters that make up the equation that describes their movement. This is why, under the approach of the Newton-Euler dynamic model applied to drones of maximum 25 kg, it is necessary to determine the inertial parameters for the complete system such as mass, dimensions, center of gravity and moments of inertia, as well as parameters of friction for brushless motors such as thrust force, drag torque and angular velocity. In the present work, the design and construction of test benches that allow the measurement of the parameters of the dynamic model of drones is carried out, starting from the identification of the parameter to be measured, devising a measurement mechanism that is viable from the constructive, functional and economic point of view. The designs are designed with the premise that the tests or measurements are replicable and offer reliable results with the accuracy required at a low maintenance cost. Additionally, for the friction parameter measurement benches, a data acquisition system is implemented under a work environment designed in MATLAB AppDesigner, which allows semi-automatic determination of the relationship equation between angular velocity vs. thrust and angular velocity vs. drag torque for brushless motors using regression.MaestríaMagíster en Ingeniería MecánicaAutomatización, Control y Mecatrónicaxii, 97 páginasapplication/pdfUniversidad Nacional de ColombiaBogotá - Ingeniería - Maestría en Ingeniería - Ingeniería MecánicaFacultad de IngenieríaBogotá, ColombiaUniversidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá510 - Matemáticas::519 - Probabilidades y matemáticas aplicadas530 - Física::537 - Electricidad y electrónica620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicadaIndustria de instrumentos de mediciónMeasuring instruments industryDronesBancos de pruebavelocidad angularfuerza de empujetorque de arrastremomento de inerciacentro de gravedadDronestest benchangular velocitythrust forcedrag torquemoment of inertiacenter of gravityConstrucción de bancos de prueba para la medición experimental de los parámetros del modelo dinámico de Drones - UAS (Unmanned Aerial System)Construction of test benches for the experimental measurement of the parameters of the dynamic model of Drones - UAS (Unmanned Aerial System)Trabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMW. Mizouri, S. Najar, M. Aoun, L. Bouabdallah, “Modelling, Identification and Control of a Quadrator UAV”, in Systems, Signals & Devices (SSD), 2018 15th IEEE International Multi-Conference on. IEEE, 2018, pp. 1017-1022.Peter Corke., “Robotics, Vision and Control Fundamental Algorithms in MATLAB”, Springer Tracts in Advanced Robotics, Volume 73, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, first edition 2011, corrected second printing, 2013.D. M. Filatov, A. V. Devyatkin and A. I. Friedrich, "Quadrotor parameters identification and control system design," 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 2017, pp. 826-830.Shakoori, A., Betin, A., & Betin, D.A. “Comparison of Three Methods to Determine the Inertial Properties of Free-Flying Dynamically Similar Models”, Volume 11 No 10, Journal of Engineering Science and Technology, 2016, pp. 1360-1372.Hou, Z. C., Lu, Y. ning, Lao, Y. xin, & Liu, D. (2009). A new trifilar pendulum approach to identify all inertia parameters of a rigid body or assembly. Mechanism and Machine Theory, 44(6), 2009, pp. 1270–1280.Giorgio Previati, Massimiliano Gobbi, Gianpiero Mastinu, Measurement of the mass properties of rigid bodies by means of multi-filar pendulums – Influence of test rig flexibility, Mechanical Systems and Signal Processing, Volume 121, 2019, pp 31-43, ISSN 0888-3270R Core Team (2019). R A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. URL https://www.R-project.org/.Melo M, O., Lopez P, L. and Melo M, S. (2007). Diseño de experimentos. Bogota: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias.M. Elsamanty, A. Khalifa, M. Fanni, A. Ramadan and A. Abo-Ismail, "Methodology for identifying quadrotor parameters, attitude estimation and control," 2013 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, 2013, pp. 1343-1348, doi: 10.1109/AIM.2013.6584281.W. 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IEEE International Conference on Industrial Technology, Mumbai, India, pp. 1834-1839, 2006.Huynh P. T., Taufiq M., Hari M. and Shinji S., “Mathematical Modeling and Experimental Identification of Micro Coaxial Helicopter Dynamics”, International Journal of Basic & Applied Sciences IJBAS-IJENS Vol: 12 No: 02, 2012.Kimon P. Valavanis, Paul Oh and Les Piegl., “Unmanned Aircraft Systems”, Journal of Intelligent and Robotic Systems, Volume 54, Nos 1–3,2. Springer Science+ Business Media B.V. 2008.Wayne L. Peterson., “Mass Properties Measurement in the X-38 Project”, NASA Johnson Space Center, 63rd Annual Conference of the Society of Allied Weight Engineers, Inc. Newport Beach, California, 17-19 May 2004.N. Leonard W., “Measurement of Aircraft Moments of Inertia”, Advisory Group for Aeronautical Research and Development, 50th Meeting of the Flight Test Techniques and Instrumentation Panel, held from 21st to 23rd September, Aachen, Germany, 1959.Korr, A. 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